Rang e Dale: Farmacologia
Insulina
É liberado após a refeição e está incluído no controle da ingestão de
alimentos (ver Capítulo 33), agindo em receptores acoplados à proteína
G e inibindo a secreção pancreática exócrina e a contração dos
músculos liso biliar e intestinal.
A parte central de cada ilhota contém principalmente células β, as quais são
as predominantes, envoltas por um manto de células α intercaladas com
células δ ou PP (ver Figura 32.1). Além da insulina, as células β secretam
um peptídio denominado peptídio amiloide das ilhotas, ou amilina, o qual
retarda o esvaziamento gástrico e se opõe à insulina ao estimular a quebra
de glicogênio no músculo estriado, além do peptídio C. O glucagon se opõe
aos efeitos da insulina, aumentando a glicemia e estimulando a degradação
de proteínas no músculo. A somatostatina inibe a secreção de insulina e de
glucagon. Distribui-se amplamente fora do pâncreas e é liberada pelo
hipotálamo, inibindo a liberação de hormônio do crescimento pela hipófise
(ver Capítulo 34).
INSULINA
A insulina foi a primeira proteína cuja sequência de aminoácidos foi
identificada (pelo grupo de Sanger em Cambridge, em 1955). Consiste em
duas cadeias peptídicas (uma delas contendo 21 resíduos de aminoácidos e
a outra, 30) ligadas por duas pontes dissulfeto.
Síntese e secreção
A exemplo de outros hormônios peptídicos (ver Capítulo 19), a insulina é
sintetizada como precursor (pré-proinsulina) no retículo endoplasmático
rugoso. A pré-proinsulina é transportada ao complexo de Golgi, onde sofre
clivagem proteolítica em proinsulina e, em seguida, em insulina e um
fragmento de função incerta denominado peptídio C.1 A insulina e o peptídio C são armazenados em grânulos nas células β e são normalmente
secretados em conjunto por exocitose em quantidades equimolares,
juntamente com quantidades menores e variáveis de proinsulina.
O principal fator que controla a síntese e a secreção de insulina é a
concentração de glicose no sangue (ver Figura 32.1). As células β
respondem tanto à concentração absoluta de glicose quanto à taxa de
mudança do nível de glicemia. Outros estímulos fisiológicos à secreção de
insulina incluem aminoácidos (principalmente arginina e leucina), ácidos
graxos, sistema nervoso parassimpático e incretinas (especialmente GLP-1
e GIP). Farmacologicamente, as sulfonilureias atuam promovendo liberação
de insulina.
No organismo, há uma liberação basal constante de insulina, e um
aumento da glicose no sangue estimula uma descarga adicional. Essa
resposta apresenta duas fases: uma fase inicial rápida, que reflete a
liberação do hormônio armazenado; e uma fase tardia mais lenta, que
reflete a liberação contínua do hormônio armazenado e a síntese de novo
hormônio (ver Figura 32.2). A resposta encontra-se alterada no diabetes
melito, conforme será discutido adiante.
Os canais de potássio sensíveis ao trifosfato de adenosina (ATP) (KATP;
ver Capítulo 4) determinam o potencial de repouso da membrana nas
células β. A glicose penetra nas células β através de um transportador de
superfície de membrana denominado Glut-2, e o subsequente metabolismo,
via glicoquinase (que é a enzima glicolítica reguladora nas células β), liga a
secreção da insulina à glicose extracelular. O consequente aumento do ATP
nas células β bloqueia os canais de KATP, provocando despolarização membranar, a qual, por sua vez, abre os canais de cálcio dependentes de
voltagem, levando a um influxo de Ca2+. Isso estimula a secreção de
insulina na presença de mensageiros amplificadores, incluindo diacilglicerol, ácido araquidônico não esterificado (que facilita ainda mais a
entrada de Ca2+) e produtos da 12-lipo-oxigenase sobre o ácido
araquidônico (sobretudo ácido 12-S-hidroxieicosatetraenoico ou 12-S-
HETE; ver Capítulo 18). As fosfolipases são comumente ativadas pelo Ca2+;
porém, o ácido araquidônico livre é liberado nas células β por uma
fosfolipase A2 sensível ao ATP e insensível ao Ca2+ (ASCI; do inglês, ATP-sensitive, Ca2+-insensitive). Consequentemente, nas células β, tanto a
entrada de Ca2+ quanto a produção de ácido araquidônico são operadas pelo
ATP, estabelecendo um vínculo entre o estado energético da célula com a
secreção de insulina.
A liberação de insulina é inibida pelo sistema nervoso simpático (ver
Figura 32.1). A epinefrina eleva a glicemia por meio da inibição da
liberação de insulina (via receptores α2-adrenérgicos) e por promover
glicogenólise por meio dos receptores β 2 no músculo estriado e no fígado. Diversos peptídios, incluindo a somatostatina, a galanina (um ativador
endógeno dos canais de K ATP) e a amilina, também inibem a secreção de insulina.
Cerca de um quinto da insulina armazenada no pâncreas de um ser
humano adulto é secretado diariamente. A concentração plasmática de
insulina após uma noite de jejum é de cerca de 20 a 50 pmol/ ℓ . A
concentração plasmática de insulina está reduzida nos pacientes portadores
de diabetes melito tipo 1 (insulinodependente) e acentuadamente elevada
naqueles com insulinomas (tumores funcionantes raros das células β), assim
como o peptídio C, o qual é liberado concomitantemente.2 Ela também fica
elevada na obesidade e em outros estados de resistência à insulina com
valores glicêmicos normais.
Ações A insulina é o principal hormônio que controla o metabolismo
intermediário, com efeitos sobre o fígado, a gordura e o músculo (Tabela
32.2). É um hormônio anabólico, ou seja, seu efeito global consiste em
conservar os combustíveis energéticos ao facilitar a captação e o
armazenamento de glicose, aminoácidos e lipídios após uma refeição.
Agudamente, ela promove redução da glicemia; por conseguinte, uma
queda dos níveis de insulina no plasma eleva a glicemia. As vias
bioquímicas por meio das quais a insulina exerce seus efeitos são resumidas
na Figura 32.3, e os aspectos moleculares de seus mecanismos são
discutidos mais adiante.
Figura 32.3 Vias de sinalização da insulina. I, insulina; Glut-4, transportador de glicose sensível à insulina presente em células musculares e adiposas; IRS, substrato do receptor de insulina (insulin receptor substrate) (diversas formas: 1 a 4).
A insulina influencia o metabolismo da glicose na maioria dos tecidos,
principalmente o fígado, onde inibe a glicogenólise (degradação do
glicogênio) e a gliconeogênese (síntese de glicose a partir de substratos não
glicídicos) e, ao mesmo tempo, estimula a síntese de glicogênio. Também aumenta a utilização da glicose na glicólise, mas o efeito principal é o de
elevar as reservas de glicogênio hepático.
No músculo, ao contrário do fígado, a absorção de glicose é lenta e é o
elemento limitador no metabolismo de carboidratos. A insulina origina um
transportador de glicose denominado Glut-4, que está armazenado nas
vesículas e, minutos depois, é expresso na superfície membranar. Isso
facilita a captação de glicose e estimula a síntese do glicogênio e a glicólise.
Além do músculo, a insulina também aumenta a captação de glicose por
intermédio do Glut-4 no tecido adiposo. Um dos principais produtos do
metabolismo da glicose no tecido adiposo é o glicerol, o qual é esterificado
com ácidos graxos para formar os triglicerídeos, afetando, assim, o
metabolismo dos lipídios (ver Tabela 32.2).
A insulina aumenta a síntese de ácidos graxos e de triglicerídeos no
tecido adiposo e no fígado, além de inibir a lipólise, em parte, por meio da
desfosforilação e consequente inativação das lipases (ver Tabela 32.2). Ela
também inibe os efeitos lipolíticos da epinefrina, do hormônio do
crescimento e do glucagon, opondo-se às suas ações sobre a adenililciclase.
A insulina ainda estimula a captação de aminoácidos pelo músculo e
aumenta a síntese proteica. Ela também diminui o catabolismo das proteínas
e inibe a oxidação de aminoácidos no fígado.
Outros efeitos metabólicos desse hormônio incluem o transporte para o
interior das células de K+, Ca2+, nucleosídios e de fosfato inorgânico.3
■ Efeitos da insulina a longo prazo
Além dos rápidos efeitos sobre o metabolismo exercidos pela alteração da
atividade de enzimas e de proteínas transportadoras, a insulina tem ações a
longo prazo que ocorrem pela modificação na síntese de enzimas. Ela é, por
exemplo, um importante hormônio anabólico durante o desenvolvimento fetal, pois estimula a proliferação celular (ação mitogênica) e está envolvida
no crescimento e desenvolvimento somático e visceral.
Suas ações mitogênicas representam uma grande preocupação no
desenvolvimento de análogos. A insulina glargina, um análogo
amplamente utilizado, é 6 a 8 vezes mais mitogênica do que a humana, e
células de câncer de mama em cultura proliferam em resposta a
concentrações próximas àquelas utilizadas na terapia com esse análogo in
vitro, embora não haja informação sobre alguma comparação clinicamente
significativa in vivo. Além disso, ratos que receberam análogos de insulina
de longa duração desenvolveram tumores mamários.
■ Mecanismo de ação
A insulina liga-se a um receptor específico presente na superfície de suas
células-alvo. O receptor é um grande complexo glicoproteico
transmembrana que pertence à família dos receptores tipo 3 acoplados à
tirosinoquinase (ver Capítulo 3) e consiste em duas subunidades α e duas
subunidades β (ver Figura 32.3).
Os receptores ocupados se agregam em grupos os quais são
subsequentemente internalizados em vesículas, resultando em uma
modulação negativa da via. A insulina internalizada é degradada no interior
dos lisossomos, enquanto os receptores são reciclados e retornam para a
membrana plasmática.
▼ Os mecanismos de transdução de sinais que associam a ligação do
receptor aos efeitos biológicos da insulina são complexos. A
autofosforilação do receptor – o primeiro passo da transdução do sinal –
ocorre em consequência da dimerização, o que possibilita que cada
receptor fosforile o outro, conforme explicado no Capítulo 3.
As proteínas tipo substrato do receptor da insulina (IRS; do inglês,
insulin receptor substrate) sofrem rápida fosforilação da tirosina,
especificamente em resposta à insulina e ao fator de crescimento
insulino-símile-1, mas não a outros fatores de crescimento. O substrato
mais bem caracterizado é o IRS-1, com 22 resíduos tirosina, os quais
são potenciais locais de fosforilação. Ele interage com proteínas que
contêm um domínio denominado SH2 (ver Capítulo 3, Figura 3.15),
transmitindo, adiante, o sinal da insulina. Camundongos nocaute com
deficiência de IRS-1 são hiporresponsivos ao hormônio (resistência),
mas não se tornam diabéticos devido à acentuada compensação das
células β, que promovem aumento da secreção de insulina. Por outro
lado, camundongos que não expressam IRS-2 não conseguem
compensar e desenvolvem diabetes franco, o que implica o gene do
IRS-2 como um candidato para o diabetes tipo 2 humano (as proteínas
IRS são revisadas por Lavin et al., 2016). A ativação da
fosfatidilinositol 3-quinase pela interação do seu domínio SH2 com o
IRS fosforilado apresenta diversos efeitos importantes, incluindo o
recrutamento de transportadores de glicose (Glut-4) sensíveis à insulina
a partir do complexo de Golgi para a membrana plasmática no músculo
e nas células do tecido adiposo.
As ações a longo prazo da insulina estão associadas a efeitos sobre o
DNA e o RNA, os quais são mediados, pelo menos em parte, pelo
complexo de sinalização Ras – uma proteína que regula o crescimento
celular e os ciclos entre uma forma ativa ligada ao GTP e uma inativa
ligada ao GDP (ver Capítulos 3 e 57). A insulina desloca o equilíbrio a
favor da forma ativa e desencadeia uma cascata de fosforilação que
resulta na ativação da proteinoquinase ativada por mitógeno (MAP-
quinase), a qual, por sua vez, ativa diversos fatores de transcrição